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Comparación de IOps: Drive de Estado Sólido (SSD) vs. 15000 vs. 7200 vs. 5900 vs. 5600 rpm

by eduardo8088
Publicado el: Diciembre 14, 2010
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Hola,

En esta prueba vamos a comparar las operaciones de entrada/salida por segundo (IOps)  entre varios discos duros que teníamos a la mano:  tres discos SAS de 15000 rpm, uno SATA de 7200 rpm, uno SATA de 5900 rpm, uno SATA de 5600 rpm  y un drive de estado sóldio SATA empresarial.

Para ir a la gráfica de comparación directamente haz clic aquí.

Comparar discos duros no sólo es importante en cuanto a los MB/s que pueden transferir, también es importante saber cuantas operaciones por segundo (IOps) son capces de realizar, es decir, cuantas veces por segundo pueden escribir o leer datos. Este parámetro es muy importante  para equipos que reciben muchas solicitudes en un momento dado, por ejemplo, para computadores sobre los que funcionan bases de datos, pues estos tienen que leer  y escribir muchos paquetes pequeños de información en un momento dado.

Para darles un ejemplo más cotidiano de lo importante que son las IOps, piensen en que van a copiar una película AVI de 2 GB y que luego van a copiar una carpeta de fotos que ocupa 2 GB tambien. La película copiará a la velocidad máxima del disco duro, por decir algo, 100 MB/s, y tardará 20.5 segundos en copiar; mientras que las fotos copiaran a 12 MB/s y tardarán casi 3 minutos en copiar. Pueden intentarlo en sus computadores y se darán cuenta de la gran diferencia que hay entre copiar una y otra cosa.

¿Cuál es la diferencia en el ejemplo anterior si ambos ocupan el mismo tamaño? En términos muy sencillos (y gruesos), es que para copiar la película la cabeza del disco duro sólo tiene que leer una vez la posición del archivo y luego copiar su contenido, se realizan dos operaciones. Para copiar las fotos tiene que leer la posición de cada una y luego copiar su contenido; si cada foto es de 1,5 MB, en 2 Gb habrían más de 1500 fotos, entonces serían más de 3000 operaciones. En cada operación la cabeza tarda un cierto tiempo en completar la tarea y eso se ve reflejado en que la velocidad de lectura y escritura disminuyan.

Una característica  que determina cuantas IOps puede realizar un disco duro es la velocidad a la que gira. Un disco de computador de escritorio para el hogar gira a 7200 rpm, 5400 rpm o 5600 rpm, mientras que un disco duro empresarial gira a 15000 o 10000 rpm. Girar más rápido hace que debajo de la cabeza del disco pasen más sectores en menos tiempo, por eso pueden hacer mas IOps, esto también los hace más costosos y además tienen una interfaz diferente, llama SAS (Serial Attached SCSI), el estándar actual para discos de servidor.

Con el desarrollo de chips de memoria no volátil (que no se borra al quitar la corriente eléctrica) más rápidos, de más capacidad  y más confiables, se empezaron a ofrecer en el mercado dispositivos de almacenamiento con las interfaces de los discos duros, pero en vez de discos había chips de memoria. Llamados en inglés Solid State Drive, hace un par de años tenían un precio muy alto, de varios miles de dólares, pero con velocidades que superaban a sus contrapartes mecánicas, lo que hizo que las ventas crecieran y los precios bajaran con el tiempo.

En un principio había problemas con la vida útil de los sectores de los chips de memoria, que tienen un número limitado de escrituras/lecturas, pero hoy  en día los controladores internos tienen algoritmos para nivelar el uso de cada sector de modo que el tiempo medio antes de una falla (MTBF) es tanto o más que un disco duro, además su precio ha bajado considerablemente (al rango de cientos de dólares) y las velocidades han aumentado.

Si bien, en cuanto a MB/s los SSD superan por más del doble a los discos duros (próximamente publicaremos pruebas de eso también), en cuanto a IOps los resultados son aán más sorprendentes. Para tener números concretos acerca de qué tantas IOps puede realizar un SSD respecto a un disco duro, realizamos una prueba con IOmeter usando un perfil de configuración tomado del un post del foro Commuties de VMWare(http://communities.vmware.com/thread/73745), para que fuera comparable con otros resultados.

CONDICIONES DE LA PRUEBA

La prueba simula condiciones de la vida real de acceso a una base de datos, con una transferencia por petición de 8 kB, 35% de operaciones secuenciales y  65% de aleatorias; 35% de escrituras y 65% de lecturas y 64 comandos en cola (outstanding IOps). La prueba corre por 5 minutos y se repitió 6 veces por disco, se sacó un promedio y se calculó el error estándar de la media para hacer la gráfica.

Adicionalmente la prueba se realizó sobre el último 10% de los discos (y del SSD), pues se trata del área más lenta,  lo que la convierte en el factor limitante del  desempeño y un dato representativo (y más real) del comportamiento de los discos en una condición crítica, esto es, con muy poco espacio libre.

Los discos a comparar son:

1. Seagate Cheetah 15k.5 ST373455SS, SAS 3Gb/s, 15000 rpm, 16 MB cache, 74 GB.
2. Fujitsu MAX3147RC, SAS 3Gb/s, 15000 rpm, 16 MB cache, 146 GB.
3. Seagate Cheetah 10T ST3300555SS, SAS 3Gb/s, 15000 rpm, 16 MB cache, 300 GB.
4. Seagate Barracuda ES.2 ST31000640SS, SATA 3 Gb/s, 7200 rpm, 16 MB cache, 1TB.
5. Seagate Barracuda ES.2 ST3500320NS, SATA 3Gb/s, 7200 rpm, 32MB cache, 500GB.
6. Seagate Barracuda 7200.12 ST31000528AS, SATA 3Gb/s, 7200 rpm, 32MB cache, 1TB.
7. Seagate Barracuda LP ST32000542AS, SATA 3Gb/s, 5900 rpm, 32MB cache, 2TB.
8. Hitachi  Deskstar 5K1000 HDS5C1010CLA382, SATA 3 Gb/s,  5600 rpm, 8 MB cache, 1 TB.
9. SuperTalent Technology TeraDrive CT  FTM12CT25H , SATA 3Gb/s, SSD, 120G.

Los  tres primeros son discos empresariales SAS, el cuarto y el quinto son discos SATA empresariales, el sexto es un disco SATA para computador de escritorio de alto desempeño, el séptimo y el octavo son para computador casero y el último es un drive de estado sólido empresarial.

El sistema donde se desarrolló la prueba tiene las siguientes especificaciones:

-2 x Procesador Intel® Xeon E5620 ; 2,40 GHz, 12 MB cache, 1333FSB,  Tecnología Intel® HyperThreading, Tecnología  Intel® Turbo Boost.
-24 GB RAM DDR3 1333MHz ECC, (4GB x 6), configuración en triple canal.
-Drive de de estado sólido (SSD, Solid State Drive) de 80 GB Intel X25M SSDSA2M080G2GC para el sistema operativo.
-Tarjeta controladora SAS/SATA 6Gb/s, PCI-E 2.0 x8, HighPoint RocketRaid 2720 de 8 puertos.
-Tarjeta de video NVidia GeForce 7300 GT.
-Tarjeta madre con Chipset dual  Intel® 5520, 36 líneas PCI-E 2.0 cada uno (72 total), 6.40 GT/s cada uno.
-2 x Puertos de red Gigabit Intel® 82574L.
-Chasis 4U torre/montable en armario, fuente de poder de alta eficiencia redundante de 1400W.
-Windows 7 Ultimate de 64bit en inglés.

Bueno, ahora sí, dejemos que la gráfica hable por si misma:

Gráfica de comparación de media de IOps
Gráfica de comparación de media de IOps

La diferencia entre los discos duros y el SSD es tan grande que tuve que agregar los valores sobre las barras para que se pudieran apreciar mejor las diferencias con los discos.

Si bien no se trata de una prueba estadística rigurosa,  es suficiente para ilustrar que las diferencias son abismales. El SSD puede hacer entre 18.5 a 21.6 veces más IOps que un disco de 15000 rpm SAS, pero ambos tienen costos similares para este caso. Nada más imagínense varios de estos SSD en RAID.

El valor de IOps tan diferente entre discos duros y SSD se debe a que el SSD tiene un controlador que necesita muy poco tiempo para ubicar dirección de memoria donde está ubicada la información en el chip, entonces, mientras la cabeza del disco duro hace una operación, esto es flotar sobre el disco y ubicarse en la posición correcta, el controlador del SSD hace 20 operaciones, simplemente ubica en forma electrónica una fila y una columna en el chip de memoria, una operación mucho más rápida.

Esta tecnología está en desarrollo muy activo, por lo que podemos esperar un aumento de desempeño de los SSD en los próximos años, especialmente porque el ancho de banda de la interfaz también va en aumento.  Ya tenemos SAS/SATA de 6 Gb/s y el de 9 Gb/s está por venir; un ancho de banda muy amplio para crecer.

También hay que esperar  qué otras respuestas producen los fabricantes de discos duros. Ya empezaron con los discos duros híbridos, pero con esas diferencias tan grandes y la caída de precios de los SSD, es difícil pensar en que los discos duros van a mantenerse por mucho tiempo liderando el mercado.

Como dato adicional, varias de nuestras estaciones de trabajo nuevas para alquilar están saliendo con el SSD de esta prueba para el sistema operativo, así los tiempos de respuesta de Windows y de los programas se disminuyen notablemente. También tenemos un cliente con  un servidor con una base de datos montada sobre tres arreglos de SSD en espejo (3 RAID1) funcionando con éxito y batiendo al sistema con discos SAS de 15k rpm que tenían.

Estén pendientes de más pruebas.

Saludos,

Eduardo

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